----宋停云與您分享--------宋停云與您分享----基于三維數(shù)字地圖的5G高頻混合信道模型在近日進(jìn)行的ITU-RWP5D#25會(huì)議上，中國(guó)提出的基于三維數(shù)字地圖的混合信道模型，獲得國(guó)際電信聯(lián)盟ITU專家組認(rèn)可，進(jìn)入IMT-2023（5G）技術(shù)評(píng)估報(bào)告框架中，為5G標(biāo)準(zhǔn)的制定貢獻(xiàn)重要力氣。

依據(jù)ITU-R發(fā)布的IMT-2023（5G）工作方案，面對(duì)全球的IMT-2023（5G）技術(shù)評(píng)估將于2023年全面綻開。在評(píng)估工作開展之前，ITU-R需要預(yù)先完成關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)定義以及評(píng)估方法制定。在評(píng)估方法中，信道模型的選取至關(guān)重要，直接關(guān)系到將來新型5G空中接口技術(shù)能否通過評(píng)估，并被ITU-R所接受。

我們都知道，信道建模嚴(yán)峻依靠于信道測(cè)量，在海量的測(cè)試數(shù)據(jù)里進(jìn)行分析、歸納、建模。

我們?cè)谇懊鎯善恼吕锞唧w介紹了5G高頻的室內(nèi)室外豐富場(chǎng)景下的測(cè)試狀況。良好的測(cè)試結(jié)果為我們對(duì)5G信道的建模打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

原理

圍繞5G大容量、高密度、以及關(guān)鍵場(chǎng)景應(yīng)用等需求，創(chuàng)新性地提出了一種基于數(shù)字地圖的混合信道模型，利用數(shù)字地圖技術(shù)建立三維信道電磁場(chǎng)環(huán)境，采納射線追蹤（RayTracing）模型和統(tǒng)計(jì)模型混合使用的方法，與真實(shí)信道電磁場(chǎng)環(huán)境更加接近，并且自然滿意凹凸頻域全都性，有效支撐5G新型空中接口技術(shù)的評(píng)估和仿真。

傳統(tǒng)系統(tǒng)仿真方法主要基于抽象的場(chǎng)景定義，并不關(guān)注場(chǎng)景中詳細(xì)建筑物的數(shù)據(jù)信息。而在5G場(chǎng)景尤其是高頻段、大帶寬下，要求對(duì)傳播信道在時(shí)間和空間維度進(jìn)行更為精細(xì)化的建模。同時(shí)由于高頻電磁波波長(zhǎng)更短，路徑損耗、穿透損耗、雨氧衰損耗等都遠(yuǎn)高于低頻，大規(guī)模多天線、分布式天線、高增益窄波束賦型和跟蹤等應(yīng)用需求使得信道的空間-時(shí)間-頻率全都性、球面波效應(yīng)、站間信道相關(guān)性、雨氧衰特性等都成為了5G信道討論的重點(diǎn)方面。

高頻電磁波波長(zhǎng)更接近于光波波長(zhǎng)，因此高頻無線電傳播需要同時(shí)考慮波動(dòng)性和粒子性。5G高頻混合信道模型充分利用了幾何光學(xué)、幾何繞射理論等確定性電磁傳播和計(jì)算理論，通過對(duì)特定場(chǎng)景中的關(guān)鍵幾何體進(jìn)行三維建模并給定電磁特性參數(shù)，利用射線追蹤技術(shù)首先識(shí)別出主要的傳播路徑，即信道中的主導(dǎo)重量。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用統(tǒng)計(jì)模型對(duì)散射等隨機(jī)影響因素部分進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)而在保證較低簡(jiǎn)單度的狀況下獲得了完整的信道響應(yīng)信息。

結(jié)構(gòu)

如圖1所示，基于三維數(shù)字地圖的混合信道模型包括確定性、統(tǒng)計(jì)兩個(gè)模塊。其中，確定性模型主要基于目標(biāo)場(chǎng)景的3D模型，利用射線追蹤（RayTracing）技術(shù)，對(duì)電磁傳播中譬如直射、透射、反射、衍射等主要物理現(xiàn)象，進(jìn)行確定性計(jì)算，得到了構(gòu)成實(shí)際傳播的主導(dǎo)重量（DominantRay）的確定性結(jié)果（如圖2所示）。統(tǒng)計(jì)模型主要體現(xiàn)了環(huán)境中真實(shí)存在而未能在數(shù)字地圖中建模的小物體、粗糙面，植被等對(duì)電磁散射的貢獻(xiàn)。此外，信號(hào)傳播中由于人流、車輛等引發(fā)的阻擋現(xiàn)象也通過相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

圖1、混合模型架構(gòu)圖

圖2、射線追蹤結(jié)果示意圖

如上文所述，該模型以電磁理論物理學(xué)為基礎(chǔ)，以實(shí)際電磁傳播環(huán)境為框架,能夠精確?????的描述不同頻段電磁波在的實(shí)際傳播特征，適合多頻段多帶寬的配置下的信道討論。對(duì)于當(dāng)前5G討論急需的信道空-時(shí)-頻率全都性等特性自然滿意，有很強(qiáng)的后向兼容性和前向拓展性。其實(shí)現(xiàn)過程與傳統(tǒng)模型類似（共13步），詳細(xì)可以參考3GPPTR38.900第八章。

效果

本文將以圖3所示配置為例，列舉該模型所得動(dòng)態(tài)信道響應(yīng)在時(shí)延域（如圖4所示）和角度域（如圖5所示）的分布。從圖中可以觀看到：

1、直射徑、一次/兩次反射徑以及一次衍射徑占主要能量，構(gòu)成信道主導(dǎo)成分；

2、隨著UE的移動(dòng)（如圖3中紅色線段所示），主導(dǎo)重量的信道參數(shù)發(fā)生連續(xù)性變化，即體現(xiàn)了信道的空間/時(shí)間全都性，尤其是由于建筑物位置變化，阻擋等產(chǎn)生的路徑生滅現(xiàn)象也得到精確?????體現(xiàn)。

3、統(tǒng)計(jì)部分對(duì)未能確定性建模的不規(guī)章小物體產(chǎn)生的隨機(jī)散射以及粗糙表面造成漫反射路徑進(jìn)行有效補(bǔ)充，產(chǎn)生了信道重量的簇狀分布。因此，通過確定性與統(tǒng)計(jì)結(jié)合的混合信道模型能夠反映真實(shí)環(huán)境下的電磁傳播特性。

圖3、動(dòng)態(tài)信道仿真示意圖

圖4、信道時(shí)延功率譜

圖5、信道角度功率譜

作為無線電頻譜資源的全球協(xié)調(diào)機(jī)構(gòu)，國(guó)際電信聯(lián)盟無線部門ITU-R致力于為各種無線技術(shù)落地供應(yīng)規(guī)章保障，從而促進(jìn)相應(yīng)無線技術(shù)健康有序進(jìn)展。作為5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的仲裁者、5G頻譜劃分及使用規(guī)章的制定者，ITU-R發(fā)揮著它在IMT產(chǎn)業(yè)中獨(dú)特的引領(lǐng)角色。

近日的ITU-RWP5D#25會(huì)議共收到來自11個(gè)國(guó)家、公司及學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的多篇信道模型提案，經(jīng)過多輪會(huì)議爭(zhēng)論，基于地圖的混合信道模型作為一種新的模型，獲得ITU-R專家組認(rèn)可，進(jìn)入IMT-2023（5G）技術(shù)評(píng)估報(bào)告框架中。而在此前的3GPPRAN1會(huì)議上，混合信道模型也被3GPP標(biāo)準(zhǔn)接受，已寫入TR38.900討論報(bào)告。基于地圖的混合信道模型被ITU-R的接受，也標(biāo)志著國(guó)際電信聯(lián)盟對(duì)中國(guó)5G技術(shù)討論力量的認(rèn)可。

值得一提的是，雖然信道模型需要大量的人力投入，并且要求昂貴的測(cè)試儀器設(shè)備相協(xié)作，但信道模型